РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ»

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

Цель: Научиться выполнять расчёты по химической термодинамики на определение теплового эффекта реакции, энтропии и энергии Гиббса, определение вероятности протекания химического процесса.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ЭНТАЛЬПИЯ ∆Н_хр =å ∆Н_{обр.прод.} - å ∆Н_{обр.исх.}

ЭНТРОПИЯ ∆S_хр = åS⁰_прод. - åS⁰_исх.

ЭНЕРГИЯ ГИББСА: ∆G = ∆Н_хр – T∆S_хр ∆G⁰ = å∆G⁰_обр_._прод_.- å∆G⁰_обр_._исх_.

¾ Теплоты образования простых веществ (Н_2(г), O_2(г), С_(гр),.Br_2(Ж), S_(ромб) и др.) условно приняты равными нулю.

¾ ∆Н⁰_{298 хр}>0 реакция эндотермическая$ ∆Н⁰_{298 хр}<0 реакция экзотермическая

¾ При ∆G < 0 процесс протекает самопроизвольно

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Например№1: Вычислить тепловой эффект реакции: С₂Н₅ОН_(Ж) + 3О_2(г) = 2СО_2(Г) + 3Н₂О_(Ж) в стандартных условиях Дано (данные из таблицы №3 приложение): ∆Н⁰₂₉₈ (СО₂)= -393,51 кДж/моль ∆ Н⁰₂₉₈ (Н₂О)ж= -285,8 кДж/моль ∆ Н⁰₂₉₈ (С₂Н₅ОН)= -227,6 кДж/моль ∆ Н⁰₂₉₈ (О₂)=0 кДж/моль Найти: ∆ Н⁰₂₉₈хр = ? Решение: Определим стандартную энтальпию: ∆ Н⁰₂₉₈ хр = 2* ∆ Н⁰₂₉₈ (СО₂) +3∆ Н⁰₂₉₈ (Н₂О) – ∆ Н⁰₂₉₈ (С₂Н₅ОН) - 3 ∆ Н⁰₂₉₈ (О₂) ∆ Н⁰₂₉₈ хр = 2(-393,5) + 3(-285,8) –(- 277,6+0) = = -1366,9 кДж ∆ Н⁰₂₉₈ хр <0 реакция экзотермическая	Реакция выражается термохимическим уравнением 2РН_3(Г) + 4O_2(Г) = Р₂O_5(К) + 3Н₂О_(Ж)) Определите тепловой эффект химической реакции в стандартных условиях Дано ……………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………. Найти: ……………………………………… Решение: …………………………………………………………………. …………………………………………………………………. …………………………………………………………………. ………………………………………………………………….
Например№2 Вычислить стандартую энтропию реакции: С₂Н₅ОН_(Ж) + 3О_2(г) = 2СО_2(Г) + 3Н₂О_(Ж) Дано (данные из таблицы): ∆S⁰₂₉₈ (СО₂)= 213,65 Дж/(моль * К) ∆ S ⁰₂₉₈ (Н₂О)ж=70,1Дж/(моль * К) ∆ S ⁰₂₉₈ (С₂Н₅ОН)= 160,7 Дж/(моль * К) ∆ S ⁰₂₉₈ (О₂)= 205,0 Дж/(моль * К) Найти: ∆Н⁰₂₉₈ хр = ? Решение: Стандартную энтропию определяем: ∆S⁰₂₉₈ хр = 2S⁰₂₉₈ (СО₂) +3∆S⁰₂₉₈ (Н₂О) – ∆S⁰₂₉₈ (С₂Н₅ОН) - 3* ∆S⁰₂₉₈ (О₂) = 2213,65 + 370,1 –-160,7-3205) = -138,5 Дж/(моль К)	Вычислить стандартную энтропию реакции 2РН_3(Г) + 4O_2(Г) = Р₂O_5(К) + 3Н₂О_(Ж)) Дано ……………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………. Найти: ……………………………………… Решение: …………………………………………………………………. …………………………………………………………………. …………………………………………………………………. ………………………………………………………………….
Например №3 Вычислить стандартую энергию Гиббса реакции: С₂Н₅ОН_(Ж) + 3О_2(г) = 2СО_2(Г) + 3Н₂О_(Ж) ; Дано (данные из таблицы): ∆G⁰₂₉₈(СО₂)= -394,38 кДж/моль ∆ G⁰₂₉₈(Н₂О)_ж=-237,3 кДж/моль ∆ G⁰₂₉₈(С₂Н₅ОН)= -174,8 Дж/(моль * К) ∆ G⁰₂₉₈(О₂)= 0 Дж/(моль * К) Найти: ∆G⁰_{298 хр}= ? Решение: Стандартную энтропию определяем: ∆G⁰_{298 хр}= 2G⁰₂₉₈(СО₂) +3∆G⁰₂₉₈(Н₂О) –	Вычислить стандартную энтропию реакции 2РН_3(Г) + 4O_2(Г) = Р₂O_5(К) + 3Н₂О_(Ж)) Дано ……………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………. Найти: ……………………………………… Решение: …………………………………………………………………. …………………………………………………………………. ………………………………………………………………….

∆G⁰₂₉₈(С₂Н₅ОН) - 3* ∆G⁰₂₉₈(О₂) = 2*(-394,38) + 3*(-237,3 – (-174,8) -0 =271,9Дж/(моль * К)= - 788.76-711.9+174.8-0=-1325.86 кДж/моль *10^-3)= -1322.16 кДж/моль При ∆G < 0 процесс протекает самопроизвольно

…………………………………………………………………. …………………………………………………………………. …………………………………………………………………. …………………………………………………………………. ………………………………………………………………….

Например№4 Определите изменение энергии Гиббса в реакции С₂Н₅ОН_(Ж) + 3О_2(г) = 2СО_2(Г) + 3Н₂О_(Ж) ; Используя данные ∆S⁰_{298 хр} и ∆Н⁰_{298 хр} (полученные в примере №1 и №2) установите возможность ее протекания в при температуре 50⁰С Дано (найдены в примере №1 и№2): ∆Н⁰₂₉₈ _хр = -1366,9 кДж ∆S⁰₂₉₈_хр =271,9Дж/(моль * К) t= 50⁰C Найти: ∆G⁰_хр= ? Решение: ∆G = ∆Н_хр –T∆S_хр = -1366,9 кДж - (273+50)*( -138,5 *10^-3)= -1322.16 кДж/моль При ∆G < 0 процесс протекает самопроизвольно

Определите изменение энергии Гиббса в реакции 2РН_3(Г) + 4O_2(Г) = Р₂O_5(К) + 3Н₂О_(Ж)) Используя данные ∆S⁰_{298 хр} и ∆Н⁰_{298 хр} (полученные в примере №1 и №2) установите возможность ее протекания в при температуре 120⁰С.Определить возможность протекания самопроизвольного процесса Дано ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………. Найти: ……………………………………………………………. Решение: ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Выполнить задание :

Вычислить тепловой эффект, энтропию и энергию Гиббса реакции в стандартных условиях. Определите как изменится энергии Гиббса реакции если увеличить температуру до 70⁰С.

2СН₃OН_(Г) + 3О_2(Г) = 4Н₂О_(Ж) + СО_2(Г)

Установите возможность ее протекания в стандартных условиях и при нагревании.

Дано

………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Найти: ………………………………………………………………………………………………………………………………….

Решение:

………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Вывод:

………………………………………………………………………………………………………………………………………….

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №13

«ФАКТОРЫ ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ»

Цель: Научиться составлять уравнения прямой и обратной реакции, выражать константу равновесия, определять зависимость скорости от концентрации и температуры.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Скорость химической реакции -определяется изменением концентрации одного из реагирующих веществ в единицу времени.

аА_газ + вВ_газ→сС_газ + dD _тв

_¾Скорость прямой реакции равна: n _пр. = К_пр.∙ С_А^а∙ С_В^в _¾Скорость обратной реакции равна: n _обр.= К_обр._.∙ С_С^с

¾ Температура - зависимость скорости реакции от температуры выражается правилом Вант Гоффа: при повышении температуры на 10 градусов скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза, где V₂ и V₁ - скорости реакций при температурах t₂ и t₁; γ - температурный коэффициент скорости реакции.

Химическое равновесие - это такое состояние обратимого химического процесса , при котором скорости прямой и обратной реакций равны между собой: n _пр. = n _обр

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ, ДАВЛЕНИЯ, КОНЦЕНТРАЦИИ НА ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Температура	↑Т-равновесие сместится в сторону эндотермической реакции ↓ Т-равновесие сместится в сторону экзотермической реакции
Давление	↑Р-равновесие сместится в сторону реакции с меньшей суммой коэффициентов перед газообразными веществами ↓Р- равновесие сместится в сторону реакции с большей суммой коэффициентов перед газообразными веществами.
Концентрация	↑С (реагента) равновесие сместится в сторону прямой реакции (вправо) ↓ С (реагента) равновесие сместится в сторону обратной реакции (влево) ↑С (продукта ) равновесие сместится в сторону обратной реакции (влево) ↓ С (реагента) равновесие сместится в сторону прямой реакции (вправо)

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Пример №1 Записать уравнения скоростей для прямой и обратной реакции: Zn _(тв) + Н ₂ SO _4(ж) ® ZnSO _4(ж) + H _2(г) Во сколько раз возрастёт скорость реакции, если увеличить концентрацию ZnSO ₄ в 2раза. Решение : Для прямой и обратной реакции: n _пр. = К_пр.* С ( Н ₂ SO ₄ ) ¹ n _обр. = К_обр.∙ С ( Н ₂ ) ¹_.* С( ZnSO ₄₍ ) ¹ ¾ После повышения концентрации в 2 раза: n ^** _обр. = К_обр.∙ С ( Н ₂ ) ¹_.* 2С( ZnSO ₄₍ ) ¹ ¾ Во сколько раз возрастёт скорость обратной реакции при увеличении концентрации ZnSO ₄ в 2раза: n^_обр = К_обр.∙ С (Н₂) ¹_. (2С(ZnSO₄₍)) ¹ = 2¹= 2 раза n _обр. К_обр.∙ С ( Н ₂ ) ¹_. С( ZnSO ₄₍ ) ¹	Записать уравнения скоростей для прямой и обратной реакции: N _2(Г) + 3 Н _2(г) ® 2 N Н_{3 (г)} Во сколько раз возрастёт скорость реакции, если увеличить концентрацию Н₂ в 3 раза. Решение: ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. …………………………………………………………………….
Пример №2 Определить скорость реакции при 60⁰С , если при 20⁰С она равна 0,5моль/л.с., а температурный коэффициент равен 2 Дано: t₁ = 20⁰С, t₂= 60⁰С = 2 Найти: n₂=? Решение: Пусть скорость реакции при 60⁰С будет равна n₂=Х Подставим в формулу значения: Х= 0,5 * 2⁴= 8 моль/л.с.	Определить температурный коэффициент реакции если при изменении температуры на 20⁰С , скорость данной реакции возросла с 10 моль/л.с., до 160 моль/л.с. Дано: ………………………………………………………………….. Решение: ………………………………………………………………….. ………………………………………………………………….. …………………………………………………………………. ………………………………………………………………….
Пример №3 СО_(Г)+ Н₂О_(Г)→ СО_2(Г) + Н_2(Г) Константа равновесия равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: С(СО)_исх. = 3 моль/л, С(Н₂О)_исх. = 2 моль/л. Решение: Скорости прямой и обратной реакций: n _пр. = К_пр.С(СО)_равн. * С(Н₂О)_равн n _обр.. = К_брС(СО₂)_равн. * С(Н₂)_равн. Константа равновесия соответственно: Допустим, что к моменту равновесия концентрации С(СО₂)рав.= С(Н₂) рав.= х моль/л. Следовательно, С(СО)рав. = (3 – х) моль/л., С(Н₂О) рав. = (2 – х) моль/л. Подставим значения: 1= Х* Х / (3-Х)*(2-Х) х² = 6 – 2х - 3х + х²; 5х = 6, х = 1,2 моль/л. Ответ: С(СО₂)рав. = 1,2 моль/л; С(Н₂) рав.= 1,2 моль/л; С(СО)рав.=3 –1,2 = 1,8 моль/л; С(Н₂О) рав. =2 –1,2 = 0,8 моль/л.	N _2(Г) + 3 Н _2(г) ® 2 N Н_{3 (г)} Константа равновесия равна 2. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: С( N ₂ )_исх. = 5 моль/л, С(Н₂)_исх. = 3 моль/л. Дано: ………………………………………………………………….. ………………………………………………………………….. Решение: ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. …………………………………………………………………….
Пример №4 Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы: СН₄(г) + СО₂(г) ®2СО(г) + Н₂(г) - Q Как следует изменить температуру и давление, чтобы повысить выход водорода? Решение: СН₄ (г) + СО₂(г) ®2СО(г) + Н₂(г) - Q (1+1=2 ) ( 2 + 1= 3 ) ¾ Снижение давления ↓Р- сместит равновесие в сторону реакции с большей суммой коэффициентов перед газообразными веществами, т.е. в сторону прямой реакции с образованием водорода. ¾ Значение (- Q) говорит о том, что прямая реакция эндотермическая , значит рост температуры приведёт к увеличению количества водрода.	Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы H₂S (г) + SО₂ (г)→3S(тв)+2Н₂ O(г) +Q Как следует изменить температуру и давление, чтобы повысить выход оксида серы? Решение: ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. ……………………………………………………………………. …………………………………………………………………….

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Выполнить задания по указанной реакции: 2H₂S (г) + 3О₂ (г) = 2Н₂О (г) + 2SO₂ (г) + Q

1. Составьте уравнения скорости прямой и обратной реакции:

2. Запишите для уравнения константу равновесия, если она равна 3.Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: С(Н₂S)_исх. = 6 моль/л, С(О₂)_исх. = 8 моль/л.

3. Чему равен температурный коэффициент реакции , если при увеличении температуры на

40 ⁰ С скорость реакции возросла в 5 раз?

4. Как следует изменить температуру и давление, чтобы повысить выход оксида серы?

Вывод:

………………………………………………………………………………………………………………………………………….

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №14

Дата добавления: 2019-09-08; просмотров: 227; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!